Prilaku Kegagalan Roda Gigi Lurus Akibat Beban Fatikdan Impak
PRILAKU KEGAGALAN RODA GIGI LURUS AKlBAT BEBAN FATIK DAN IMPAK
TESIS
OLEH T.BAFU 017015015/MTM
lliperiksa
SEKoLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2006
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
PRILAKU KEGAGALAN RODA GIGI LURUS AKIBAT BEBAN FATIKDAN IMPAK
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Pada Program Studi Teknik Mesin
Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara
Oleh
T.HAFLI 017015015/MTM
SEKOLAHPASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2006
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
JudulTesis
Nama Mablllliswa NomorPokok Program Studi
: PRILAKU KEGAGALAN RODA GIG! LURUS AKIBAT BEBAN FATIK DAN IMPAK
: T. HAFLI
: 01701S0151MfM
TEKNIK MESIN
Menyetujui Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Jr. Bustami Syam, MSME Ketua
ｾｾ
Prof. Dr. Jr. Samsul RizaL M.Eng Anggota
Prof. Dr. Ir. Husaini, MSc. Anggota
Ketua Program Studio
-
Prof. Dr.lr. Bustami Syam, MSME
Prof. Dr. Ir, T. Chairun Nisa B., MSc
Tsnggal Julus: 20 Pebruari 2006
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
Telab Diuji pada tanggal : 20 Pebrnari 2006
PANlTIA PENGUJI TESIS
Ketua
Anggota
Prof. Dr. Jr. Bustami Syam, MSME 1. Prof. Dr. Jr. Samsul Rizal, MEng 2. Prof. Dr. Ir. Husaini, M.Sc
3. Prof. Dr. Basuki Wiryosentono MS. Ph.D
4. Dr-Ing. Ikhwansyah Isranuri
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
ABSTRAK
Penelitian ini membahas tentang prilaku kegagalan roda gigi lurus dati baja NS 4340 akibat beban fatik dan impak. Pelaksanaan penelitian dilakukan dalam tiga bentuk pengujian yaitu pertama pengujian impak dengan metode Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) untuk memperoleh sifat-sifat mekanik akibat beban impak. Kedua adalah pengujian fatik pada spesimen roda gigi dengan menggunakan selvopulser dan ketiga adalah pengujian impak terhadap spesimen yang telah mengalami fatik untuk mengamati prilaku kegagaian akibat propagasi gelombang tegangan yang terjadi. Spesimen roda gigi dati material NS 4340 mempunyai umur lelah (life time) di atas 107 siklus dengan endurance limit 100 MPa. Proses perambatan perpataban diawali pada sudut kaki gigi yang merupakan daerah konsentrasi tegangan dan dengan bertambahnya siklus pembebanan, retakan terns menjalar sepanjang 1ingkaran kaki gigi (dedendum). Hasil uji tarik impak memmjukkan sifat-sifat mekanik bahan roda gigi akan jauh meningkat dengan pemberian beban pada laju regangan tinggi. Dati hasil uji impak dengan pengukuran langsung pada spesimen gigi yang telah mengalami fatik, menghasilkan respon tegangan terbesar pada 706,2 MPa. Spesimen roda gigi tidak patah namun bagian dalam telah mengalami kerusakan secara mikro struktur dan tegangan yang masuk sudah mencapai batas luluh dati material. Pengamatan pada pennukaan spesimen yang mengalami fatik dan impak menghasilkan bentuk perpataban kombinasi antara striasi fatik dan patah gems dengan pennukaan balus dan datar. Dati basil simulasi elemen hingga, distribusi tegangan relatif sama dengan basil eksperimen yang awalnya terjadi pada sudut kaki gigi, dimanapada daerah ini terjadi konsentrasi tegangan. Kau Kund: Roda gigi, SHPB, Gelombang tegangan, dedendum dan jarak impak
iT.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006.
USU e-Repository © 2008
ABSTRACT
The study reports the failure ofspur gear made ofNS 4340 steel subjected to fatigue and impact loading. In order to study a failure of the gear, three conjunctive tests were conducted First, specimens were tested under impact loading using split Hopkinson pressure bars (SHPB) method to obtain the impact tensile strength ofNS 4340 steel. Secondly, the gear specimens were subjected to cyclic loading using Servopulser testing machine to obtain the endurance limit ofthe gear. Finally, prefatigued specimens were subjected impact loading using air gun apparatus to observe the failure behavior of the gear. The result of impact test shows that the impact tensile strength (SiJ ofNS 4340 steel is 1349 MPa, and modulus ofelasticity (E) is 253 GPa. The mechanical properties ofthe gear material will increase due to high strain rate loading. From the cyclic looding test is found that the endurance limit of gear specimen is 100 MPa. The crack initiation started on thefeet ofteeth radius as a stress concentration zone, and then the crack propagates along the dedendum ofthe gear. The results ofdirect measurement on pre-fatigued gear specimens show that the maximum stress is 706.2 MPa. During this test, the specimens were not failed, but in microstructure the crack has occured Observation result of the fracture surface shows that fracture mode is a combined made between fatigue striation and brittle fracture. To clarify the impact response ofspur gear at any direction ofstrain gage, a numerical computation using MSCINASTRAN were conduction. It was observed the stress distribution occurred on the gear specimens is similar to experimental results.
Key words: Gear, SPHB, Stress Wave, Dedendum and Impoct Distance
ii
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
KATAPENGANTAR
Alhamdulillahhirabbil'alamin penulis ucapkan kehadhirat Allah S.W.T yang telah melimpahkan segala rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyeiesaikan tesis ini. Tesis ini berjudul "Prilaku Kegagalan Roda Gigi Lurus akibat Beban Fatik dan Impak"
Tesis ini merupakan basil akhir penelitian yang dilakukan di Pusat Riset Impak dan Keretakan di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. Proses penulisan dan penyelesaian tesis ini tidak terlepas dari mekanisme dan peraturan yang ditentukan oleh Program Studi Teknik Mesin Program Pascasarja USu.
Pada kesernpatan ini, penulis menyampaikan rasa terima kasih yang sedalamdalamnya kepada Prof Dr. Ir. Bustami Syam, MSME, seiaku Ketua Komisi Pembimbing dan selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin yang telah memberikan petunjuk dan araban dalam penyeiesaian tesis ini. Terima kasih juga kepada Prof Dr. Ir. Samsul Rizal, M.Eng. dan Prof Dr. Ir. Husaini, MSc, selaku anggota Komisi Pembimbing yang telah memberikan masukan dan saran-saran dalam penyelesaian tesis ini.
Kepada Direktur Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara, yang teiah memberikan kesempatan kepada saya nntuk menyeiesaikan pendidikan S2 terima kasih penulis ucapkan. Selanjutnya terima kasih kepada Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri selaku Sekretaris Program Studi Teknik Mesin, yang telah memberikan kesempatan dan fasilitas demi selesainya tesis ini.
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan iImIIpak, 2006. USU e-Repository © 2008
Terima kasih kepada Rektor Universitas.Malikussaleh yang telah memberi izin mengikuti program magister eli Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara Medan dan juga kepada Pemberi Beasiswa Program Pascasllljana (BPPS) Direktorat Jenderal Penelidikan Tinggi, yang telah membantu biaya penelidikan dan penelitian
ini, Kepada Ketua Laboratorium Pusat Impale dan Keretakan (Impact Fracture
Research Centre IFRC) yang telah memberi fasilitas pemakaian laboratorium dan kepada Bapak - Bapak Dosen Penguji dan Pembanding yang telah memberikan tanggapan dan saran untuk perbaikan, serta rekan-rekan yang telah berpartisipasi sehingga dapat selesai tesis ini penulis ucapkan terima kasih.
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari kesempurnaan, kritik dan
saran sangat diharapkan untuk masa-masa mendatang dan semoga tulisan sederhana ini ada manfaatnya, Amin.
Medan, 22 Pebruari 2006 Penulis,
T. H afl i
iv
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
TESIS
OLEH T.BAFU 017015015/MTM
lliperiksa
SEKoLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2006
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
PRILAKU KEGAGALAN RODA GIGI LURUS AKIBAT BEBAN FATIKDAN IMPAK
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Pada Program Studi Teknik Mesin
Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara
Oleh
T.HAFLI 017015015/MTM
SEKOLAHPASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2006
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
JudulTesis
Nama Mablllliswa NomorPokok Program Studi
: PRILAKU KEGAGALAN RODA GIG! LURUS AKIBAT BEBAN FATIK DAN IMPAK
: T. HAFLI
: 01701S0151MfM
TEKNIK MESIN
Menyetujui Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Jr. Bustami Syam, MSME Ketua
ｾｾ
Prof. Dr. Jr. Samsul RizaL M.Eng Anggota
Prof. Dr. Ir. Husaini, MSc. Anggota
Ketua Program Studio
-
Prof. Dr.lr. Bustami Syam, MSME
Prof. Dr. Ir, T. Chairun Nisa B., MSc
Tsnggal Julus: 20 Pebruari 2006
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
Telab Diuji pada tanggal : 20 Pebrnari 2006
PANlTIA PENGUJI TESIS
Ketua
Anggota
Prof. Dr. Jr. Bustami Syam, MSME 1. Prof. Dr. Jr. Samsul Rizal, MEng 2. Prof. Dr. Ir. Husaini, M.Sc
3. Prof. Dr. Basuki Wiryosentono MS. Ph.D
4. Dr-Ing. Ikhwansyah Isranuri
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
ABSTRAK
Penelitian ini membahas tentang prilaku kegagalan roda gigi lurus dati baja NS 4340 akibat beban fatik dan impak. Pelaksanaan penelitian dilakukan dalam tiga bentuk pengujian yaitu pertama pengujian impak dengan metode Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) untuk memperoleh sifat-sifat mekanik akibat beban impak. Kedua adalah pengujian fatik pada spesimen roda gigi dengan menggunakan selvopulser dan ketiga adalah pengujian impak terhadap spesimen yang telah mengalami fatik untuk mengamati prilaku kegagaian akibat propagasi gelombang tegangan yang terjadi. Spesimen roda gigi dati material NS 4340 mempunyai umur lelah (life time) di atas 107 siklus dengan endurance limit 100 MPa. Proses perambatan perpataban diawali pada sudut kaki gigi yang merupakan daerah konsentrasi tegangan dan dengan bertambahnya siklus pembebanan, retakan terns menjalar sepanjang 1ingkaran kaki gigi (dedendum). Hasil uji tarik impak memmjukkan sifat-sifat mekanik bahan roda gigi akan jauh meningkat dengan pemberian beban pada laju regangan tinggi. Dati hasil uji impak dengan pengukuran langsung pada spesimen gigi yang telah mengalami fatik, menghasilkan respon tegangan terbesar pada 706,2 MPa. Spesimen roda gigi tidak patah namun bagian dalam telah mengalami kerusakan secara mikro struktur dan tegangan yang masuk sudah mencapai batas luluh dati material. Pengamatan pada pennukaan spesimen yang mengalami fatik dan impak menghasilkan bentuk perpataban kombinasi antara striasi fatik dan patah gems dengan pennukaan balus dan datar. Dati basil simulasi elemen hingga, distribusi tegangan relatif sama dengan basil eksperimen yang awalnya terjadi pada sudut kaki gigi, dimanapada daerah ini terjadi konsentrasi tegangan. Kau Kund: Roda gigi, SHPB, Gelombang tegangan, dedendum dan jarak impak
iT.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006.
USU e-Repository © 2008
ABSTRACT
The study reports the failure ofspur gear made ofNS 4340 steel subjected to fatigue and impact loading. In order to study a failure of the gear, three conjunctive tests were conducted First, specimens were tested under impact loading using split Hopkinson pressure bars (SHPB) method to obtain the impact tensile strength ofNS 4340 steel. Secondly, the gear specimens were subjected to cyclic loading using Servopulser testing machine to obtain the endurance limit ofthe gear. Finally, prefatigued specimens were subjected impact loading using air gun apparatus to observe the failure behavior of the gear. The result of impact test shows that the impact tensile strength (SiJ ofNS 4340 steel is 1349 MPa, and modulus ofelasticity (E) is 253 GPa. The mechanical properties ofthe gear material will increase due to high strain rate loading. From the cyclic looding test is found that the endurance limit of gear specimen is 100 MPa. The crack initiation started on thefeet ofteeth radius as a stress concentration zone, and then the crack propagates along the dedendum ofthe gear. The results ofdirect measurement on pre-fatigued gear specimens show that the maximum stress is 706.2 MPa. During this test, the specimens were not failed, but in microstructure the crack has occured Observation result of the fracture surface shows that fracture mode is a combined made between fatigue striation and brittle fracture. To clarify the impact response ofspur gear at any direction ofstrain gage, a numerical computation using MSCINASTRAN were conduction. It was observed the stress distribution occurred on the gear specimens is similar to experimental results.
Key words: Gear, SPHB, Stress Wave, Dedendum and Impoct Distance
ii
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
KATAPENGANTAR
Alhamdulillahhirabbil'alamin penulis ucapkan kehadhirat Allah S.W.T yang telah melimpahkan segala rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyeiesaikan tesis ini. Tesis ini berjudul "Prilaku Kegagalan Roda Gigi Lurus akibat Beban Fatik dan Impak"
Tesis ini merupakan basil akhir penelitian yang dilakukan di Pusat Riset Impak dan Keretakan di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. Proses penulisan dan penyelesaian tesis ini tidak terlepas dari mekanisme dan peraturan yang ditentukan oleh Program Studi Teknik Mesin Program Pascasarja USu.
Pada kesernpatan ini, penulis menyampaikan rasa terima kasih yang sedalamdalamnya kepada Prof Dr. Ir. Bustami Syam, MSME, seiaku Ketua Komisi Pembimbing dan selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin yang telah memberikan petunjuk dan araban dalam penyeiesaian tesis ini. Terima kasih juga kepada Prof Dr. Ir. Samsul Rizal, M.Eng. dan Prof Dr. Ir. Husaini, MSc, selaku anggota Komisi Pembimbing yang telah memberikan masukan dan saran-saran dalam penyelesaian tesis ini.
Kepada Direktur Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara, yang teiah memberikan kesempatan kepada saya nntuk menyeiesaikan pendidikan S2 terima kasih penulis ucapkan. Selanjutnya terima kasih kepada Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri selaku Sekretaris Program Studi Teknik Mesin, yang telah memberikan kesempatan dan fasilitas demi selesainya tesis ini.
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan iImIIpak, 2006. USU e-Repository © 2008
Terima kasih kepada Rektor Universitas.Malikussaleh yang telah memberi izin mengikuti program magister eli Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara Medan dan juga kepada Pemberi Beasiswa Program Pascasllljana (BPPS) Direktorat Jenderal Penelidikan Tinggi, yang telah membantu biaya penelidikan dan penelitian
ini, Kepada Ketua Laboratorium Pusat Impale dan Keretakan (Impact Fracture
Research Centre IFRC) yang telah memberi fasilitas pemakaian laboratorium dan kepada Bapak - Bapak Dosen Penguji dan Pembanding yang telah memberikan tanggapan dan saran untuk perbaikan, serta rekan-rekan yang telah berpartisipasi sehingga dapat selesai tesis ini penulis ucapkan terima kasih.
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari kesempurnaan, kritik dan
saran sangat diharapkan untuk masa-masa mendatang dan semoga tulisan sederhana ini ada manfaatnya, Amin.
Medan, 22 Pebruari 2006 Penulis,
T. H afl i
iv
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008
T.Hafli : prilaku kegagalan roda gigi lurus akibat beban fatik dan impak, 2006. USU e-Repository © 2008